说歼20的鸭式布局前,必须了解什么是飞机重心和气动中心这两个概念。对于飞机来说,其主要气动面就是主翼、平尾或鸭翼、垂尾,主翼产生主升力,负责托起飞机,平尾或鸭翼主要用途就是控制俯仰和配平。 俯仰:平尾或鸭翼主要作用之一就是控制俯仰,俯仰很好理解,就是抬头和低头。通过平尾或鸭翼的上下偏转,空气动力学称为抬头和低头力矩,从而改变机头的俯角和仰角。 配平:配平这个概念一般说的比较少,但对于任何飞机都很重要,因为任何飞机都有重心和气动中心。重心谁都知道,就是飞机的重力中心,若不考虑挂载则飞机重心就是固定不变的。 而气动中心会随飞机速度、俯仰角变化而不断改变,当飞机超音速飞行时气动中心会大幅后移,带来大幅的低头力矩,所以必须依靠平尾或鸭翼产生力矩来恢复平衡,这就是配平作用。而当飞机的重心和气动中心重合时,飞机就处于比较稳定的飞行状态。 常规布局没有鸭翼的飞机,主翼在前、平尾在后,这种飞机的气动中心就位于飞机重心和尾翼之间,尾翼的作用就是为了配平低头力矩,尾翼必须产生负升力以保持平衡,因此这时候飞机的总升力会减小。 鸭式布局的飞机,鸭翼在前、主翼在后,重心位于鸭翼和气动中心之间,飞机为了配平低头力矩,要求鸭翼必须产生正升力,因此这时候飞机的总升力是获得提升的,所以鸭翼会提高升阻比。 比如,歼10战斗机本身推重比不高,但最大起飞距离仅需250米,比推重比更大的F15战斗机还短,充分说明鸭翼对提升总升力是非常显著的。观察歼10起飞状态,可发现歼10的鸭翼和主翼是一致的正仰角,鸭翼帮助主翼产生了正升力。 因此两款推重比相差不大的战机,如果一款采用鸭翼,其升阻比会更大一些,故而主翼尺寸可适当缩小,减轻了结构重量、减小了空气阻力。若两者的主翼差不多,那么有鸭翼的飞机,则可增大起飞重量、缩短滑跑距离。 观察常规布局的歼7和F18,它们在起飞离地的瞬间,其尾翼的下偏角度很大,说明尾翼产生负升力来下压机尾,就像杠杆一样把机头翘起来。 纵观全球范围内的四代机,只有歼20采用了全动鸭翼+大边条设计,其气动布局是最复杂的一款,也说明成飞对战斗机气动布局的掌握达到了空前高度,兼顾了隐身、超音速、超机动能力,下面会一一交代。 |
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